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        基于模型定義技術(shù)的發(fā)動機(jī)物理接口信息管控及設(shè)計質(zhì)量提升

        2023-07-05 08:28:18杜玉潔陶金陳亮中國航發(fā)商發(fā)
        航空動力 2023年3期
        關(guān)鍵詞:定義發(fā)動機(jī)物理

        ■ 杜玉潔 陶金 陳亮/中國航發(fā)商發(fā)

        三維控制模型在航空發(fā)動機(jī)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用,作為管控和傳遞航空發(fā)動機(jī)物理接口信息的創(chuàng)新舉措,消除了傳統(tǒng)研發(fā)模式中二維圖樣和三維模型之間的信息沖突和差異。

        在傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,結(jié)構(gòu)設(shè)計接口尺寸要求均通過二維圖樣來表達(dá),與最終用于生產(chǎn)制造的三維模型無直接關(guān)聯(lián),存在信息傳遞錯誤、遺漏的風(fēng)險。隨著全三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用推廣,航空發(fā)動機(jī)在研發(fā)和制造過程中,通過基于模型定義(MBD)技術(shù),逐步以三維數(shù)模設(shè)計替代傳統(tǒng)的二維圖樣設(shè)計,三維實(shí)體模型成為產(chǎn)品研制過程中的唯一數(shù)據(jù)源,應(yīng)用于設(shè)計、制造、裝配、使用、維護(hù)等各個環(huán)節(jié),從而在產(chǎn)品設(shè)計階段提前發(fā)現(xiàn)和解決問題,不但提高了產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和維修性,還提高了產(chǎn)品質(zhì)量,縮短了研制周期[1-2]。發(fā)動機(jī)物理接口表達(dá)了部件/系統(tǒng)界面間主要結(jié)構(gòu)形式、尺寸等機(jī)械特性信息,可以通過采用MBD三維設(shè)計技術(shù),在實(shí)際應(yīng)用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并提升物理接口設(shè)計水平。

        基于模型定義技術(shù)的結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計

        基于模型定義技術(shù)的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計的方法、流程與工具,重點(diǎn)包括自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計、基于模型定義的關(guān)聯(lián)管控物理接口控制、基于模型定義的典型參數(shù)化接口設(shè)計和發(fā)動機(jī)模型成熟度設(shè)計等技術(shù)。

        自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計

        自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計是通過產(chǎn)品研制階段(概念設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計流程(見圖1)。設(shè)計的起點(diǎn)為總體性能流道,在整機(jī)性能流道的基礎(chǔ)上完成總體級物理接口定義的交付物(總體結(jié)構(gòu)草圖、方案圖、總體級部件/系統(tǒng)控制模型),輸出至部件/系統(tǒng)完成部件/系統(tǒng)級物理接口定義的交付物(部件/系統(tǒng)級方案圖、控制模型、部件系統(tǒng)的組件級控制模型),以及詳細(xì)設(shè)計階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計交付物(發(fā)動機(jī)部件、整機(jī)工程設(shè)計模型),至此完成全流程設(shè)計工作。在設(shè)計過程中,通過制造、裝配過程對設(shè)計模型及相關(guān)說明文件進(jìn)行工藝評估和反饋,最終完成整機(jī)及部件的控制模型、模型的設(shè)計迭代工作。

        圖1 結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計流程

        圖 2 設(shè)計信息數(shù)據(jù)源傳遞流程

        關(guān)聯(lián)管控物理接口控制

        基于模型定義的關(guān)聯(lián)管控物理接口控制是建立完整和詳細(xì)的總體級至部件/系統(tǒng)級的分層級、分類別的接口控制模型,使各部件及系統(tǒng)的工程三維模型設(shè)計及更改,全部關(guān)聯(lián)管控在總體級及部件/系統(tǒng)級三維控制模型的接口要求下。需要注意的是,物理接口信息從總體結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)傳遞至部件/系統(tǒng),須自上而下傳遞,避免循環(huán)、重復(fù)或自下而上傳遞。零件、組件中的控制元素,應(yīng)該來源于最底層的控制模型,目的是保持清晰的追溯和輸入關(guān)系,即接口控制傳遞流程應(yīng)為從總體級控制模型傳遞至部件/系統(tǒng)級控制模型,再從部件/系統(tǒng)級控制模型傳遞至部件模型、整機(jī)模型。設(shè)計信息數(shù)據(jù)源傳遞流程如圖2所示。

        典型參數(shù)化接口設(shè)計

        基于模型定義的典型參數(shù)化接口設(shè)計是通過知識積累和規(guī)范設(shè)計準(zhǔn)則,針對安裝邊接口、安裝座接口、管路接頭接口、測試引線開孔等類別,形成典型類別的部件界面間參數(shù)化接口設(shè)計方法及工具,針對UG軟件進(jìn)行二次開發(fā),在UG三維模型設(shè)計軟件中實(shí)現(xiàn)直接輸入?yún)?shù),形成控制模型特征線條及標(biāo)注等信息。建立典型接口信息工具庫,可減少重復(fù)建模的時間,便于快速開展設(shè)計迭代與設(shè)計評估,并規(guī)范同類接口的表達(dá)形式。

        發(fā)動機(jī)模型成熟度設(shè)計

        依據(jù)中國航發(fā)運(yùn)營管理體系(AEOS)產(chǎn)品研發(fā)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)程序文件的要求,可以建立商用航空發(fā)動機(jī)模型成熟度定義標(biāo)準(zhǔn),對各研制階段控制模型及模型涵蓋的內(nèi)容、成熟度等級進(jìn)行定義,明確協(xié)同設(shè)計過程中模型的完整程度和具體進(jìn)度,便于跨專業(yè)和跨企業(yè)的協(xié)同設(shè)計工作開展。

        物理接口設(shè)計質(zhì)量提升管控

        根據(jù)物理接口設(shè)計的實(shí)際應(yīng)用及工作反饋,設(shè)計質(zhì)量提升管控工作著重于模型架構(gòu)設(shè)計改進(jìn)、模型成熟度定義的優(yōu)化等內(nèi)容的深化和精煉。

        架構(gòu)設(shè)計應(yīng)用及改進(jìn)

        在產(chǎn)品研發(fā)階段存在以下實(shí)際情況:設(shè)計改進(jìn)迭代、每次上臺不同的測試改裝需求等因素,會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的部分接口和部分零組件模型構(gòu)型發(fā)生變化;在控制模型應(yīng)用初期未能識別歸類需求,使得單個總體級部件控制模型中存在100多個接口視圖,導(dǎo)致不能快速定位視圖、表達(dá)信息;各總體級部件控制模型內(nèi)部,按結(jié)構(gòu)分工有發(fā)動機(jī)部件間接口、發(fā)動機(jī)與外部接口、測試改裝接口3大類。

        為了更好地管控接口和設(shè)計構(gòu)型,在前期使用視圖編號方式進(jìn)行接口管理。但由于單臺份發(fā)動機(jī)每次上臺會根據(jù)不同的專項(xiàng)試驗(yàn)科目和測試項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)設(shè)計迭代改進(jìn)等需求,進(jìn)行總體級和部件/系統(tǒng)級的接口設(shè)計變更迭代、模型設(shè)計更改以及后續(xù)的實(shí)物補(bǔ)加工等工作任務(wù),采用編號區(qū)分的簡單管理方式不足以清晰、系統(tǒng)地表達(dá)和傳遞信息。由此,進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化控制模型和模型的架構(gòu)設(shè)計流程(見圖3)。經(jīng)驗(yàn)證,可以較好地控制設(shè)計狀態(tài)和實(shí)物狀態(tài)以及表達(dá)設(shè)計迭代優(yōu)化過程,達(dá)到技術(shù)狀態(tài)清晰、明確的效果。

        圖3 模型架構(gòu)設(shè)計優(yōu)化流程

        模型成熟度定義及設(shè)計流程優(yōu)化

        在實(shí)際項(xiàng)目研制及流程應(yīng)用中出現(xiàn)了產(chǎn)品研制過程的控制體現(xiàn)不明顯、成熟度標(biāo)識對象不明顯、迭代層次混亂等問題。對此,針對模型成熟度定義及設(shè)計流程,進(jìn)行了優(yōu)化工作:針對產(chǎn)品研制過程中的控制問題,在流程中對各個設(shè)計階段的總體控制模型、部件控制模型、部件模型、整機(jī)模型的工作流程順序進(jìn)行定義;針對成熟度標(biāo)識對象不明顯的問題,在流程中結(jié)合AEOS結(jié)構(gòu)開發(fā)程序中協(xié)同設(shè)計工作、產(chǎn)品技術(shù)評審節(jié)點(diǎn),明確流程中各設(shè)計節(jié)點(diǎn)交付物的技術(shù)成熟度;針對設(shè)計迭代反復(fù)的問題,在流程中區(qū)分和明確主線流程和迭代流程。

        設(shè)計質(zhì)量提升措施

        針對航空發(fā)動機(jī)研制過程中結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計研究工作,以及MBD全三維物理接口定義與管控方法的實(shí)際應(yīng)用,后續(xù)將基于需求分析和定義階段的設(shè)計工作內(nèi)容,針對物理接口開展以下兩方面工作:一是建立接口控制說明文檔,用于記錄功能、材料、工藝、強(qiáng)度等評估結(jié)果,并納入接口符合性檢查等內(nèi)容;二是搭建物理接口數(shù)據(jù)庫,持續(xù)豐富典型接口結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫,提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

        結(jié)束語

        結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計技術(shù)、物理接口關(guān)聯(lián)控制技術(shù)、基于參數(shù)化接口設(shè)計及具有成熟度標(biāo)識的設(shè)計流程已被應(yīng)用于商用航空發(fā)動機(jī)的型號研制工作,不但實(shí)現(xiàn)了物理接口與模型關(guān)聯(lián)管控、結(jié)構(gòu)空間接口約束、跨專業(yè)在線協(xié)同、數(shù)據(jù)源唯一傳遞、結(jié)構(gòu)接口參數(shù)化設(shè)計、模型成熟度定義等應(yīng)用技術(shù),而且從物理接口到試制裝配、從試制裝配到接口改進(jìn)的全流程結(jié)構(gòu)定義管控與質(zhì)量獲得了提升,建立的協(xié)同設(shè)計流程、控制模型構(gòu)架及控制元素要求為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的各階段提供了方法與支撐工具,提高了協(xié)同設(shè)計效率、減少了數(shù)據(jù)傳遞差錯。

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